JPH0743240U - 回転センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エアギャップをブリッジ回路に組むことによ
り、回転体の回転数、回転速度を正確に検出する。 【構成】 永久磁石３は、回転体１の近傍に設けられ、
そのＮ極にはセンターヨーク４が接続されている。セン
ターヨーク４の両側には、サイドヨーク５Ｌ，５Ｒが離
間して設けられ、各サイドヨーク５Ｌ，５Ｒの他端側は
連結部６を介して永久磁石３のＳ極に接続されている。
検出用ヨーク７は、その脚部７Ｌ，７Ｒが各サイドヨー
ク５Ｌ，５Ｒとセンターヨーク４との間に挿入され、各
脚部７Ｌ，７Ｒによって磁気検出素子８が挾持固定され
ている。これにより、各エアギャップａＬ，ａＲ，Ａ
Ｌ，ＡＲは、フルブリッジ回路に組まれるため、回転体
１の回転角度に応じてブリッジ回路の平衡が崩れる。こ
の不平衡時に生じる磁束を磁気検出素子８で検知するこ
とにより、回転数，回転速度を検出する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、磁気を用いて回転体の回転数，回転速度を検出する回転センサに関 する。

【０００２】

【従来の技術】

一般に、回転体の回転数や回転速度を検出する回転センサとしては、例えば特 開平１−１２１７５８号公報等に開示されている如く、周方向に多数の磁性部が 形成された歯車状の回転体と、回転体の近傍に設けられた永久磁石と、一端側が 回転体の磁性部に近接して設けられ、他端側が永久磁石の一端側に接続されたヨ ークと、該ヨークの外周側にボビンを介して巻回されたコイルとから構成されて いる。

【０００３】 そして、回転体が回転して、ヨークの一端（先端）に磁性部が接近，離間する と、ヨークと磁性部との間のエアギャップの磁気抵抗が変動するため、バイアス 用の永久磁石からコイル内周を通過する磁束が変化する。そこで、この磁束変化 をコイルに発生する誘導電圧で検出することにより、回転体の回転数，回転速度 を検知するようになっている。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上述した従来の電磁式回転センサは、下記数１に示す如く、コ イルを通過する磁束の変化に応じた出力電圧Ｅを得る構成であるため、回転体の 回転速度が低下すると、これに伴って出力電圧Ｅも低下し、回転検出の精度が悪 化するおそれがある。

【０００５】

【数１】 Ｅ＝（ｄφ／ｄｔ） すなわち、出力電圧Ｅはコイルを貫く磁束の単位時間当たりの変化（磁束の変 化率）に比例するものである。この正弦波状の出力電圧Ｅの周波数及び大きさは 、磁束変化率、すなわち回転体の速度により変化する。従って、回転体の回転が 遅くなると、出力電圧Ｅの信号レベルが低下するため、微速時，低速時の検出精 度が低い。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

そこで、本考案は、複数のヨークによって回転体の磁性部に近接する４つのエ アギャップを画成し、各エアギャップの磁気抵抗でフルブリッジ回路を形成する ことにより、回転体の回転角度の変化によってブリッジ回路の平衡が崩れたとき に生じる磁束を検出することとした。すなわち、本考案に係る回転センサは、周 方向に複数の磁性部が設けられた回転体と、該回転体の近傍に設けられた永久磁 石と、一端側が前記磁性部に近接し、他端側が永久磁石の一方の極に接続された センターヨークと、該センターヨークの両側に離間して設けられ、一端側が前記 磁性部に近接すると共に他端側が永久磁石の他方の極に接続された一対のサイド ヨークと、前記磁性部に近接して設けられ、その両端が各サイドヨークとセンタ ーヨークとの間にエアギャップを介して挿入された検出用ヨークと、該検出用ヨ ークの途中に設けられた磁気検出素子とから構成している。

【０００７】 また、請求項２の構成では、前記磁気検出素子にコイルを用いたことを特徴と している。

【０００８】 さらに、請求項３の構成では、前記検出ヨークを大バルクハウゼンジャンプ効 果を有する磁性材料から形成したことを特徴としている。

【０００９】

【作用】

検出用ヨークの両端を各サイドヨークとセンターヨークとの間に挿入すること により、該検出用ヨークの各端部の両側には、エアギャップがそれぞれ２個ずつ 形成される。すなわち、検出用ヨークの一方の端部と一方のサイドヨークの端部 との間，検出用ヨークの一方の端部とセンターヨークの端部との間，センターヨ ークの端部と検出用ヨークの他方の端部との間，検出用ヨークの他方の端部と他 方のサイドヨークの端部との間に、合計４つのエアギャップが形成され、これら 各エアギャップの磁気抵抗はフルブリッジ回路に組まれる。また、これらのエア ギャップ磁気抵抗の中点を結ぶ検出用ヨークの途中に磁気検出素子が設けられて いる。

【００１０】 これにより、回転体が回転し、各エアギャップの下側を磁性部が接近すると、 回転角度に応じて各エアギャップの磁気抵抗が変化し、ブリッジ回路の平衡が崩 れるため、検出用ヨークに磁束が流れる。また、この磁性部が通過して離間する と、再び回転角度に応じて回路の平衡が崩れ、磁性部接近時の磁束とは逆向きの 磁束が検出用ヨークを流れる。従って、この互いに向きの異なる不平衡磁束の反 転を磁気検出素子を介して検出することにより、回転体の回転を検知することが できる。

【００１１】 また、磁気検出素子にコイルを用いれば、容易に不平衡磁束による起電力を得 ることができ、これにより不平衡磁束の反転を検出して回転体の回転を検知する ことができる。

【００１２】 さらに、検出用ヨークを大バルクハウゼンジャンプ効果を有する材料から形成 したため、起磁力に対して磁束密度が瞬時に反転し、低回転速度での検出精度が 向上する。

【００１３】

【実施例】

以下、本考案の一実施例を図１〜図１１に基づいて説明する。

【００１４】 まず、図１は本考案の第１の実施例に係る回転センサを拡大して示す斜視図で あり、鉄，パーマロイ等の磁性材料から略円板状に形成された回転体１は、例え ばエンジンのクランクシャフトやモータの出力軸等に取り付けられている。また 、回転体１の外周側には、複数の磁性部１Ａが周方向に離間して突設されており 、全体として歯車形状に形成されている。

【００１５】 回転体１の近傍には、取付ステー（図示せず）を介して回転検出部２が設けら れている。この回転検出部２は、バイアス用の磁束を発生させる永久磁石３と、 永久磁石３に接続された後述のセンターヨーク４、左右一対のサイドヨーク５Ｌ ，５Ｒ、検出用ヨーク７及び磁気検出素子８とから大略構成され、これら永久磁 石３、各ヨーク４，５Ｌ，５Ｒ，７及び磁気検出素子８は、その全体が図示しな い樹脂モールドによって固定されている。

【００１６】 センターヨーク４は、鉄，パーマロイ等の磁性材料から略コ字状に形成されて いる。このセンターヨーク４の一端側（先端側）は磁性部１Ａに所定のエアギャ ップδを介して近接し、他端側（基端側）は永久磁石３のＮ極に当接して接続さ れている。

【００１７】 センターヨーク４の左右両側には、回転体１の１ピッチ（寸法Ｐ）分だけ周方 向に離間して、鉄，パーマロイ等の磁性材料から形成された左側サイドヨーク５ Ｌ，右側サイドヨーク５Ｒがそれぞれ配設されている。これら各サイドヨーク５ Ｌ，５Ｒは、その一端側が磁性部１Ａにエアギャップδを介して近接し、他端側 が連結部６を介して永久磁石３のＳ極に当接して接続されている。従って、各サ イドヨーク５Ｌ，５Ｒと連結部６とにより、下向きコ字状のヨークが形成されて いる。

【００１８】 検出用ヨーク７は、センターヨーク４を跨ぐようにして設けられ、鉄，パーマ ロイ等の磁性材料から形成されている。この検出用ヨーク７は、略Ｌ字状に形成 された左側脚部７Ｌ，右側脚部７Ｒを磁気検出素子８を介して衝合することによ り構成され、この衝合部の下側にセンターヨーク４の一端側が位置している。

【００１９】 また、前記左側脚部７Ｌは左側サイドヨーク５Ｌとセンターヨーク４との間に 挿入され、右側脚部７Ｒは右側サイドヨーク５Ｒとセンターヨーク４との間に挿 入されている。さらに、各脚部７Ｌ，７Ｒは、その一端側（図１中の下側）が略 直角に折り曲げられて、センターヨーク４と各サイドヨーク５Ｌ，５Ｒとの間に 挿入されているが、この挿入された各端部の底部の幅寸法及び挿入寸法は、磁性 部１Ａの幅寸法及び奥行き寸法と略等しくなっている。

【００２０】 磁気検出素子８は、例えばホール素子等から構成され、検出用ヨーク７の各脚 部７Ｌ，７Ｒ間に挾持固定されている。そして、この磁気検出素子８は、検出用 ヨーク７を永久磁石３からの磁束が通過すると、この磁束に応じた電圧信号を出 力するようになっている。

【００２１】 さらに、各ヨーク４，５Ｌ，５Ｒ等によって、各磁性部１Ａの上方には４つの エアギャップａＬ，ａＲ，ＡＬ，ＡＲが形成されている。すなわち、左側サイド ヨーク５Ｌと検出用ヨーク７の左側脚部７Ｌとの間にはエアギャップａＬが形成 され、右側サイドヨーク５Ｒと検出用ヨーク７の右側脚部７Ｒとの間にはエアギ ャップａＲが形成されている。また、検出用ヨーク７の左側脚部７Ｌとセンター ヨーク４との間にはエアギャップＡＬが形成され、検出用ヨーク７の右側脚部７ Ｒとセンターヨーク４との間にはエアギャップＡＲが形成されている。

【００２２】 そして、これらの各エアギャップａＬ，ａＲ，ＡＬ，ＡＲは、図５の回路構成 図に示す如く、各ヨーク４、５Ｌ，５Ｒ等により、フルブリッジ回路に組まれて いる。

【００２３】 次に、本実施例による回転センサの作用について説明する。

【００２４】 まず、最初に、図１に示す如く、センターヨーク４の一端側が各磁性部１Ａ間 の中間点にある場合を説明する。この場合は、各サイドヨーク５Ｌ，５Ｒの端部 が各磁性部１Ａ間に位置すると共に、検出用ヨーク７の各脚部７Ｌ，７Ｒは各磁 性部１Ａ上に位置している。

【００２５】 すなわち、この場合は、各エアギャップａＬ，ａＲ，ＡＬ，ＡＲの下側に磁性 部１Ａが存在しないため、図５に示す如く、各エアギャップａＬ，ａＲ，ＡＬ， ＡＲの磁気抵抗は、比較的大きな値で均一化し、回路は平衡状態となる。従って 、この場合は、ブリッジ回路の中点を結ぶ検出用ヨーク７に永久磁石３からの磁 束が流れず、磁気検出素子８の出力電圧は、０Ｖとなる。

【００２６】 次に、図２に示す如く、回転体１の回転によって、センターヨーク４の一端側 に磁性部１Ａが接近した場合には、エアギャップａＬ，ＡＲの下側にのみ磁性部 １Ａが位置する。

【００２７】 各エアギャップａＬ，ＡＲの下側に、磁性材料からなる磁性部１Ａがエアギャ ップδを介して位置すると、磁束が磁性部１Ａにも流れるため、図６に示す如く 、各エアギャップａＬ，ＡＲの磁気抵抗に磁性部１Ａの磁気抵抗が並列接続され たと同じ状態となり、これらの部分の磁気抵抗が低下する。

【００２８】 従って、ブリッジ回路の平衡が崩れ、永久磁石３のＮ極から出た磁束は、主と して、センターヨーク４，エアギャップＡＲ，右側脚部７Ｒ，磁気検出素子８、 左側脚部７Ｌ，エアギャップａＬ，左側サイドヨーク５Ｌ，連結部６を介して永 久磁石３のＳ極に戻る。

【００２９】 そして、磁気検出素子８は、この回路の不平衡により発生する不平衡磁束をホ ール電圧として検出し、図示しない処理回路に出力する。なお、エアギャップａ Ｒ，ＡＬにも若干の磁束が流れるが、上述した主流に比較して僅かであるため、 図示していない。

【００３０】 さらに、図３に示す如く、回転体１の回転によって磁性部１Ａが移動し、セン ターヨーク４の一端側が磁性部１Ａの上面中間部に位置した場合には、各エアギ ャップａＬ，ａＲ，ＡＬ，ＡＲの下側に磁性部１Ａが位置し、この磁性部１Ａに 漏れ磁束が流れる。従って、図７に示す如く、各エアギャップａＬ，ａＲ，ＡＬ ，ＡＲの磁気抵抗は、比較的低い値で均一化し、ブリッジ回路は再び平衡状態を 回復する。これにより、検出用ヨーク７へ流入する磁束が停止し、磁気検出素子 ８の電圧信号が０Ｖとなる。

【００３１】 最後に、図４に示す如く、回転体１の回転が進んで、センターヨーク４の一端 側から磁性部１Ａが離間する場合には、各エアギャップａＲ，ＡＬの下側に磁性 部１Ａが位置する一方、各エアギャップａＬ，ＡＲの下側には磁性部１Ａが存在 しないため、図８に示す如く、各エアギャップａＲ，ＡＬにのみ磁性部１Ａの磁 気抵抗が並列接続されて、これらの部分の磁気抵抗が低下する。

【００３２】 従って、ブリッジ回路の平衡が崩れ、永久磁石３のＮ極から出た磁束は、セン ターヨーク４、エアギャップＡＬ，検出用ヨーク７の左側脚部７Ｌ，磁気検出素 子８，検出用ヨーク７の右側脚部７Ｒ，エアギャップａＲ，右側サイドヨーク５ Ｒ，連結部６を通って永久磁石３のＳ極に戻る。なお、エアギャップａＬ，ＡＲ にも若干の磁束が流れるが、その量は主流に比べて僅かであるため、図示を省略 している。

【００３３】 これにより、磁気検出素子８は、磁性部１Ａの接近時に生じた磁束とは逆向き の磁束を検出し、電圧信号を処理回路に出力する。そして、処理回路では、上述 した磁性部１Ａの接近時，離間時の不平衡磁束により生じた電圧信号の反転回数 をカウントし、このカウント数により、回転数，回転速度を演算する。

【００３４】 このように、本実施例によれば、各ヨーク４，５Ｌ，５Ｒ，７により磁性部１ Ａに近接する４つのエアギャップａＬ，ａＲ，ＡＬ，ＡＲを形成して、各エアギ ャップａＬ，ａＲ，ＡＬ，ＡＲをフルブリッジ回路に組み、このブリッジ回路の 中点を結ぶ検出用ヨーク７の途中に磁気検出素子８を設ける構成としたため、回 転体１の磁性部１Ａの接近，離間（回転角度）によって生じる不平衡磁束を磁気 検出素子８で検出することができる。

【００３５】 回転角度に応じて変化する磁束から回転数等を検知する構成のため、回転体１ が微速度状態，低速度状態の場合にも、この回転数，回転速度を確実に検出する ことができる。また、磁性部１Ａの接近時と離間時とで、検出用ヨーク７を流れ る不平衡磁束の向きが異なるため、この磁束の向きが反転した回数をカウントす ることにより、チャタリングや外乱磁界に対する信頼性や安定性を向上すること ができる。

【００３６】 次に、図９〜図１１に基づいて本考案の第２の実施例について説明する。本実 施例の特徴は、磁気検出素子としてコイルを用いた点にある。なお、本実施例で は、上述した第１の実施例と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省 略するものとする。

【００３７】 図９は本実施例に係る回転センサの要部を拡大して示す斜視図であり、その基 本的回路構成は図１０に示す如く、第１の実施例で述べた回転センサとほぼ同様 である。

【００３８】 しかし、本実施例の検出用ヨーク１１は、左側脚部１１Ｒと右側脚部１１Ｒと が一体形成された略コ字状に構成されている。また、この検出用ヨーク１１は、 磁化反転が急激に生じる磁性材料、すなわち図１１に示す如く起磁力（Ｈ）に対 して磁束密度（Ｂ）が瞬時に反転する矩形ヒステリシス特性（大バルクハウゼン ジャンプ効果）を有する磁性材料から形成されている。すなわち、例えばアモル ファス金属繊維等である。

【００３９】 磁気検出素子としての磁気検出コイル１２は、検出用ヨーク１１の略中間部に 巻回され、樹脂モールド、接着等によって固定されている。そして、この磁気検 出コイル１２は、第１の実施例で述べた如く、矩形ヒステリシス特性を有する検 出用ヨーク１１に、起磁力変化による磁化反転が急激に生じると、磁束流が急変 し、この急激な磁束変化に応じた電圧信号を出力するようになっている。

【００４０】 このように構成される本実施例でも、上述した第１の実施例とほぼ同様の作用 効果を得ることができる。

【００４１】 さらに、本実施例では、検出用ヨーク１１を起磁力に対して磁束密度が瞬時に 反転する矩形ヒステリシス特性を備えるように形成し、磁気検出素子として磁気 検出コイル１２を用い、大バルクハウゼンジャンプ効果を利用する構成としたた め、検出ヨーク１１における残留磁気の影響によって磁気検出コイル１２が出力 する電圧信号が鈍るのを防止でき、正確な回転検出を行うことができる。

【００４２】 なお、前記各実施例では、磁気検出素子としてホール素子、コイルを例示した が、本考案はこれに限らず、例えば磁気抵抗素子等の他の磁気検出素子を用いて もよい。

【００４３】 また、大バルクハウゼンジャンプ効果を有する磁性材料をコイル以外の磁気検 出素子に用いたセンサに適用してもよい。

【００４４】 さらに、前記実施例では、センターヨーク４と各サイドヨーク５Ｌ，５Ｒとの 間隔を磁性部１Ａの１ピッチ分に設定し、検出用ヨーク７の各脚部７Ｌ，７Ｒの 挿入面積を磁性部１Ａの上面の面積と略等しくするものとして述べたが、磁性部 １Ａの接近，離間によってブリッジ回路の平衡を崩す配置にすればよい。

【００４５】

【考案の効果】

以上詳述した通り、本考案に係る回転センサによれば、４つのエアギャップで フルブリッジ回路を組むことにより、回転体の磁性部の回転角度の変化によって 生じる不平衡時の磁束を磁気検出素子を介して検出することができる。従って、 回転体の回転が遅い場合でも、精度よく、回転数，回転速度を検出することがで きる。

【００４６】 また、磁性部の接近時と離間時とで、検出用ヨークを流れる不平衡磁束の向き が異なるため、この磁束の反転回数をカウントすることにより、回転数，回転速 度の検出を安定化することができる。

【００４７】 さらに、磁気検出素子としてコイルを用いることにより、容易に請求項１の効 果を得ることができる。

【００４８】 また、検出用ヨークを大バルクハウゼンジャンプ効果を有する磁性材料から形 成したため、起磁力に対して磁束密度が瞬時に反転し、低回転の場合でも正確に 回転を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第１の実施例に係る回転センサの要部
を拡大して示す斜視図。

【図２】回転体の磁性部がセンターヨークに接近した場
合の斜視図。

【図３】センターヨークが磁性部の中間部に達した場合
の斜視図。

【図４】回転体の磁性部がセンターヨークから離間する
場合の斜視図。

【図５】磁性部間の中間にセンターヨークが位置する場
合の回路構成図。

【図６】磁性部がセンターヨークに接近した場合の回路
構成図。

【図７】センターヨークが磁性部の中間部に達した場合
の回路構成図。

【図８】磁性部がセンターヨークから離間する場合の斜
視図。

【図９】本考案の第２の実施例に係る回転センサの要部
を拡大して示す斜視図。

【図１０】磁性部間の中間にセンターヨークが位置する
場合の回路構成図。

【図１１】大バルクハウゼンジャンプ効果が得られる矩
形ヒステリシス特性を有する検出用ヨークのＢＨ特性線
図。

【符号の説明】

１…回転体 １Ａ…磁性部 ３…永久磁石 ４…センターヨーク ５Ｌ，５Ｒ…サイドヨーク ７，１１…検出用ヨーク ８…磁気検出素子 １２…磁気検出コイル ａＬ，ａＲ，ＡＬ，ＡＲ，δ…エアギャップ

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 周方向に複数の磁性部が設けられた回転
   体と、該回転体の近傍に設けられた永久磁石と、一端側
   が前記磁性部に近接し、他端側が永久磁石の一方の極に
   接続されたセンターヨークと、該センターヨークの両側
   に離間して設けられ、一端側が前記磁性部に近接すると
   共に他端側が永久磁石の他方の極に接続された一対のサ
   イドヨークと、前記磁性部に近接して設けられ、その両
   端が各サイドヨークとセンターヨークとの間にエアギャ
   ップを介して挿入された検出用ヨークと、該検出用ヨー
   クの途中に設けられた磁気検出素子とから構成してなる
   回転センサ。
2. 【請求項２】 前記磁気検出素子にコイルを用いたこと
   を特徴とする請求項１に記載の回転センサ。
3. 【請求項３】 前記検出用ヨークは、大バルクハウゼン
   ジャンプ効果を有する磁性材料から形成したことを特徴
   とする請求項１または請求項２に記載の回転センサ。